流體密度和黏度測量結(jié)果對液體速度式流量計(jì)測量結(jié)果產(chǎn)生的誤差分析
流量計(jì)量涉及諸多參數(shù), 所以檢定流量儀表時(shí),參數(shù)的讀取成為試驗(yàn)過程中非常重要的一項(xiàng)工作。實(shí)施在線實(shí)測流體狀態(tài)參數(shù)并對參與運(yùn)算的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)更換和修正,可最大限度地減少因參數(shù)在試驗(yàn)過程中波動、變動等諸多因素的影響給被檢器具帶來的誤差。下面我們就這一問題結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以便尋求解決方法,確保檢定工作的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。
由于流量儀表的復(fù)雜性,決定了不可能僅用幾種流量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備去校準(zhǔn)變化萬千的多種流量儀表。所以本文僅結(jié)合液體流量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備上的密度參數(shù)ρ的讀取進(jìn)行分析。流量計(jì)選擇典型的速度式流量計(jì)――渦輪流量計(jì)作為被檢流量計(jì)。
首先,對渦輪流量計(jì)的工作原理及影響其測量的主要方面作簡單的說明:渦輪流量計(jì)是利用懸置于流體中葉片的轉(zhuǎn)子或葉輪感受流體的平均速度而推導(dǎo)出被測流體的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量,從而實(shí)現(xiàn)流量測量目的,具有測量準(zhǔn)確度高、量程寬、壓損小,適應(yīng)多種介質(zhì)的流量測量以及可實(shí)現(xiàn)信號遠(yuǎn)傳、重復(fù)性動態(tài)響應(yīng)好等多種優(yōu)點(diǎn)。不足的是使用要求高,受被測流體黏度變化的影響較大。一般來說,流量計(jì)的口徑越大,黏度變化對線性特性的影響越小;流量計(jì)的口徑越小,黏度變化對線性特性的影響就越大。目前,國內(nèi)液體速度式流量計(jì)通常用水來校驗(yàn),但很多使用者卻用其來測量煤油、汽油、柴油、液壓油等低黏度甚至中高黏度液體的流量。我們通過試驗(yàn)證明,用水標(biāo)定給出的k值,用于測量1×10-6m2/s左右的輕質(zhì)油及其他液體介質(zhì)時(shí)差別不大,而當(dāng)液體黏度大于15×10-6m2/s時(shí),測量誤差明顯增大。對于黏度的影響,現(xiàn)在引入了v=μ/ρ,即把動力黏度μ和密度ρ合算成一個(gè)參數(shù)――運(yùn)動黏度v來考慮,這樣就可以把黏度和密度兩個(gè)參數(shù)對流量計(jì)的影響變成運(yùn)動黏度一個(gè)參數(shù)對流量計(jì)的影響。
另外,因?yàn)闇u輪的旋轉(zhuǎn)力矩與被測流體的密度ρ成正比,被測流體密度的變化將影響到作用在渦輪上的轉(zhuǎn)動力矩成比例的增減,使得同一質(zhì)量流量下渦輪流量計(jì)所顯示的體積流量大小不同。所以,在流體狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力)變化較大,而引起密度值變化時(shí),必須在試驗(yàn)管路中加入密度計(jì)、溫度計(jì)(表)等實(shí)施在線測量,以補(bǔ)償流體參數(shù)變化帶來的體積測量誤差。
在通常的溫度和壓力條件下,液體的壓縮系數(shù)很小,所以我們把液體看作不可壓縮的流體,而在一般準(zhǔn)確度要求情況下,壓力對液體流量計(jì)的影響可忽略不計(jì)。
另外,如果檢定用液體黏度和被檢定流量計(jì)工作黏度相同或都為低黏度介質(zhì), 那么黏度也可以不作修正。由于我們的檢定設(shè)備屬于動態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,檢定時(shí)得到的為質(zhì)量流量qm。若想得到體積流量,則要根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系式qv=qm/ρ來計(jì)算出體積流量。因國內(nèi)流量計(jì)使用者大多使用體積流量單位, 所以在線實(shí)測檢定用介質(zhì)密度ρ和溫度t尤為重要(在JJG198-1994《速度式流量計(jì)》檢定規(guī)程中,關(guān)于檢定用液體的密度和溫度沒有作出相關(guān)要求)。
下面我們就以在液體流量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備上(校驗(yàn)介質(zhì)為RP-3噴氣燃油)對一臺型號為LWGY-15渦輪流量計(jì)作檢定的數(shù)據(jù)處理記錄進(jìn)行比較分析(如表1所示),找出在線讀取流體密度對此儀表測量結(jié)果的影響。
分析表1數(shù)據(jù),每個(gè)檢定點(diǎn)在檢定介質(zhì)溫度相差1℃、密度ρ相差0.001g/cm3時(shí), 二者換算出來的流量誤差為0.2%左右。如果檢定人員在讀取密度值時(shí)多讀或少讀哪怕是一個(gè)分度,或者在檢定全過程中因溫度和密度發(fā)生了變化卻沒有隨時(shí)更換,其所造成的相關(guān)誤差(密度計(jì)制造刻度誤差、人員操作視覺誤差、溫度波動等)將直接影響到檢定數(shù)據(jù)的真實(shí)性, 有些流量計(jì)應(yīng)是0.5級表,卻被評定成了1.0級表, 而有的1.0級表流量計(jì)卻被評定為0.5級表等,使儀表準(zhǔn)確度等級的評定出現(xiàn)偏離或誤評。
總之,隨著今后科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展,將計(jì)算機(jī)等高科技技術(shù)應(yīng)用到各種流量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備上,實(shí)現(xiàn)多功能、多參數(shù)(即全參數(shù)補(bǔ)償)補(bǔ)償一體自動化檢定/校準(zhǔn)流量計(jì)已成為可能,這樣就從根本上最大限度地降低了相關(guān)流體狀態(tài)參數(shù)讀取所帶來的相關(guān)誤差(而且還在數(shù)據(jù)處理、設(shè)備操作等方面達(dá)到了快捷、方便),從而獲得更加準(zhǔn)確的流量測量結(jié)果,這也是流量計(jì)量發(fā)展的必然方向。